特許 7573103 クロマトグラフ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-16

(45)【発行日】2024-10-24

(54)【発明の名称】クロマトグラフ

(51)【国際特許分類】

   G01N 30/60 20060101AFI20241017BHJP

   G01N 30/46 20060101ALI20241017BHJP

【ＦＩ】

G01N30/60 Q

G01N30/60 P

G01N30/46 E

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2023516294

(86)(22)【出願日】2022-02-02

(86)【国際出願番号】 JP2022004103

(87)【国際公開番号】W WO2022224539

(87)【国際公開日】2022-10-27

【審査請求日】2023-09-12

(31)【優先権主張番号】P 2021072572

(32)【優先日】2021-04-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】清水 祐輔

(72)【発明者】

【氏名】飯島 夢生

(72)【発明者】

【氏名】山下 太一郎

(72)【発明者】

【氏名】増田 藍

(72)【発明者】

【氏名】古川 大地

【審査官】中村 直子

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５０－１５０４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１１６４３２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－０７８４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－００４１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２３９３２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０８３０７５４１（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】国際公開第２０１４／１４２０９６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１９９３３５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ３０／００－３３／４６

Ｇ０１Ｎ ３０／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固定相を内蔵した分離カラムと、
前記分離カラムを収容し、予め定めたカラム設置位置に対して着脱可能に設けられたカラムカートリッジと、
前記カラム設置位置に設置された状態の前記カラムカートリッジに対して着脱可能に設けられ、前記カラムカートリッジの前記分離カラムに移動相を供給する上流側配管と、
前記カラム設置位置に設置された状態の前記カラムカートリッジに対して着脱可能に設けられ、前記カラムカートリッジの前記分離カラムを通過した前記移動相を送出する下流側配管と、
前記上流側配管に設けられ、前記上流側配管を軸方向に移動させて前記カラム設置位置に設置された状態の前記カラムカートリッジに対して着脱させる上流側配管移動機構と、
前記下流側配管に設けられ、前記下流側配管を軸方向に移動させて前記カラム設置位置に設置された状態の前記カラムカートリッジに対して着脱させる下流側配管移動機構と、
前記カラム設置位置、前記上流側配管、前記下流側配管、前記上流側配管移動機構及び前記下流側配管移動機構から離間して配置され、かつ、これらを一体的に覆って内側と外側とを隔てるカバーとを備え、
前記カバーは、前記カバーを貫通し、前記カバーの外側から前記カラム設置位置への前記カラムカートリッジの設置を許容する挿入孔を有することを特徴とするクロマトグラフ。

【請求項2】

請求項１記載のクロマトグラフにおいて、
前記カラムカートリッジをそれぞれ設置可能な複数のカラム設置位置と、
前記複数のカラム設置位置にそれぞれに設置された状態の前記カラムカートリッジに着脱可能に設けられた複数の上流側配管及び下流側配管と、
前記複数のカラム設置位置、前記複数の上流側配管及び前記下流側配管を一体的に覆って内側と外側とを隔てるカバーとを備え、
前記カバーは、前記カバーを貫通し、前記カバーの外側から前記複数のカラム設置位置のそれぞれへの前記カラムカートリッジの設置を許容する複数の挿入孔を有することを特徴とするクロマトグラフ。

【請求項3】

請求項１記載のクロマトグラフにおいて、
前記カラムカートリッジの前記挿入孔を介しての前記カラム設置位置への設置に伴って前記カラムカートリッジに前記下流側配管が接続され、
その後に前記上流側配管移動機構によって前記カラムカートリッジに前記上流側配管が接続されることを特徴とするクロマトグラフ。

【請求項4】

請求項１記載のクロマトグラフにおいて、
前記カラムカートリッジの前記挿入孔を介しての前記カラム設置位置への設置に伴って前記カラムカートリッジに前記上流側配管が接続され、
その後に前記下流側配管移動機構によって前記カラムカートリッジに前記下流側配管が接続されることを特徴とするクロマトグラフ。

【請求項5】

請求項１記載のクロマトグラフにおいて、
前記カラムカートリッジは、前記カラム設置位置に設置された状態で、前記カバーの挿入孔から外側に突出する取手を有することを特徴とするクロマトグラフ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、クロマトグラフに関する。

【背景技術】

【0002】

液体クロマトグラフ（ＬＣ：Liquid Chromatograph）や固相抽出（ＳＰＥ：Solid Phase Extraction）などでは、充填剤を詰めた分離カラムにより試料を分離することで、夾雑物除去や高精度かつ高Ｓ／Ｎ分析を実現できる。分離カラムは測定対象試料に応じて交換したり、分離カラムの寿命によって交換したりする必要がある。

【0003】

分離カラムの交換に係る技術としては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１には、分離カラムを保持するカラムホルダと、前記分離カラムの上流側のシール部と連結するシール部を備え上流側の配管が接続された第１のフィッティングを搭載する第１のフィッティングホルダと、前記分離カラムの下流側のシール部と連結するシール部を備え下流側の配管が接続された第２のフィッティングを搭載する第２のフィッティングホルダと、前記第１のフィッティングホルダと前記第２のフィッティングホルダのいずれか一方が固定された本体部材と、前記本体部材に固定されていない前記第１のフィッティングホルダ又は前記第２のフィッティングホルダを前記本体部材に対して移動させる駆動部と、前記カラムホルダを前記駆動部による移動方向に案内するガイドと、前記カラムホルダと前記第２のフィッティングホルダとの間に設けられた弾性体と、を有する分離カラム接続装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１７／１９９３３５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、クロマトグラフのスループット向上を図る場合、分離カラムの着脱作業の簡易化が必要である。また、分離カラムの着脱に際しては、オペレータが配管内の流路に残る液体や、十分に冷却されていない分離カラム、分離カラムと配管とを接続させる機構などに接触することを抑制する必要がある。

【0006】

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、オペレータの分離カラム関連構成への接触を抑制しつつ、分離カラムを容易に交換することができるクロマトグラフを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、固定相を内蔵した分離カラムと、前記分離カラムを収容し、予め定めたカラム設置位置に対して着脱可能に設けられたカラムカートリッジと、前記カラム設置位置に設置された状態の前記カラムカートリッジに対して着脱可能に設けられ、前記カラムカートリッジの前記分離カラムに移動相を供給する上流側配管と、前記カラム設置位置に設置された状態の前記カラムカートリッジに対して着脱可能に設けられ、前記カラムカートリッジの前記分離カラムを通過した前記移動相を送出する下流側配管と、前記カラム設置位置、前記上流側配管及び前記下流側配管を一体的に覆って内側と外側とを隔てるカバーとを備え、前記カバーは、前記カバーを貫通し、前記カバーの外側から前記カラム設置位置への前記カラムカートリッジの設置を許容する挿入孔を有するものとする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、オペレータの分離カラム関連構成への接触を抑制しつつ、分離カラムを容易に交換することができるクロマトグラフを提供することを目的とする。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】質量分析装置のうちクロマトグラフを関連構成とともに抜き出して概略的に示す図である。

【図2】カラムカートリッジを抜き出して示す斜視図である。

【図3】クロマトグラフにカラムカートリッジを設置した様子を示す斜視透視図である。

【図4】クロマトグラフにカラムカートリッジを設置した様子を模式的に示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

【0011】

本実施の形態においては、クロマトグラフの一例として、液体クロマトグラフ（ＬＣ：Liquid Chromatograph）を例示して説明するが、これに限られず、例えば、高速液体クロマトグラフ（ＨＰＬＣ：High Performance Liquid Chromatograph）、超高速液体クロマトグラフ（ＵＨＰＬＣ：Ultra-High Performance Liquid Chromatograph）、ガスクロマトグラフ（ＧＣ：Gas Chromatograph）などの他のクロマトグラフにも本発明を適用することができる。

【0012】

図１は、本実施の形態に係る質量分析装置のうちクロマトグラフを関連構成とともに抜き出して概略的に示す図である。

【0013】

本実施の形態においては、クロマトグラフの一例として液体クロマトグラフ（ＬＣ：Liquid Chromatograph）を例示し、図示しない前処理部で精製／濃縮などの前処理が実施された試料（移動相）が図示しないシッパーや送液機構（シリンジ、送液ポンプ、インジェクタなど）によってクロマトグラフに送液されるものとする。

【0014】

図１に示すように、質量分析装置１００は、クロマトグラフ１１０と、切換装置１２０と、検出器１３０と、制御装置１４０とを備えている。

【0015】

クロマトグラフ１１０は、例えば、液体クロマトグラフであり、後述する分離カラム１１５ａ（図４参照）をそれぞれ内蔵する複数のカラムカートリッジ１１０ａ～１１０ｃが配置されている。

【0016】

切換装置１２０は、複数のカラムカートリッジ１１０ａ～１１０ｃと検出器１３０との接続を選択的に切り換えるストリームセレクトバルブであり、複数のカラムカートリッジ１１０ａ～１１０ｃのうち切換装置１２０によって選択されたカラムカートリッジ１１０ａ～１１０ｃを介した試料（移動相）が検出器１３０に送液される。各カラムカートリッジ１１０ａ～１１０ｃに係る流路は同一の構成からなり、並列に配置されている。

【0017】

検出器１３０は質量分析計であり、例えば、三連四重極質量分析計が用いられる。三連四重極質量分析計は、定量性にすぐれているという特徴を備えている。なお、質量分析計は、三連四重極質量分析計（Triple Q-MS）でなくともよく、イオントラップ型質量分析計（Iontrap-MS）や飛行時間型質量分析（TOF-MS）であってもよい。また、検出器１３０は、質量分析計でなくとも、ダイオードアレイ検出器、ＵＶ検出器、蛍光検出器であってもよい。

【0018】

制御装置１４０は、質量分析装置１００の全体の動作を制御するものであり、例えば、ＰＣ（Personal Computer）や質量分析装置用ドライバなどである。制御装置１４０は、プログラムや各種設定、その他の分析に必要な情報（例えば、試料の物性情報（粘性など））などを記憶する記憶部、記憶部に記憶されたプログラムなどを用いて制御信号などの演算を行う制御部、及び、制御信号を自動分析装置の各部に出力して駆動させる信号出力部などの各機能部を有しており、図示しない入力装置からの指示や情報に基づいて質量分析装置１００の動作を制御する。制御装置１４０は、分析カラムの平衡化工程、溶離工程、洗浄工程のおよびインジェクタ等の洗浄工程の時間を調整して、クロマトグラフ１１０を介した試料（移動相）が複数のカラムカートリッジ１１０ａ～１１０ｃの何れかから途切れることなく検出器１３０に導入されるようにすることで、検出器１３０の待機時間（分析を行わない時間）を削減することができる。

【0019】

ここで、クロマトグラフ１１０について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本実施の形態では、複数のカラムカートリッジ１１０ａ～１１０ｃのうち、カラムカートリッジ１１０ａについて代表して説明するが、他のカラムカートリッジ１１０ｂ～１１０ｃについても同様である。

【0020】

図２は、カラムカートリッジを抜き出して示す斜視図である。また、図３は、クロマトグラフにカラムカートリッジを設置した様子を示す斜視透視図であり、図４はクロマトグラフにカラムカートリッジを設置した様子を模式的に示す側面図である。

【0021】

図２に示すように、カラムカートリッジ１１０ａは、分離カラム１１５ａを収容した本体１１１ａと、１１１ａの上部に突出して設けられた取手１１４ａと、後述する上流側配管１６０ａ（図３、図４参照）が内部の分離カラム１１５ａと接続される上流側接続部１１２ａと、後述する下流側配管１７０ａ（図３、図４参照）が内部の分離カラム１１５ａと接続される下流側接続部１１３ａとから概略構成されている。

【0022】

分離カラム１１５ａには、例えば、内径１．０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、粒子径２．６ｍｍの充填剤が固定相として充填・内蔵されている。分離カラム１１５ａの分離モードには、逆相モード、順相モード、分子量分画モード、ＨＩＬＩＣモード、抗原抗体反応モードなどを用いてもよい。

【0023】

図３及び図４に示すように、カラムカートリッジ１１０ａは、クロマトグラフ１１０のカラム設置位置１５０ａに対して着脱可能に設けられている。

【0024】

カラム設置位置１５０ａには、カラム設置位置１５０ａに設置された状態のカラムカートリッジ１１０ａの上流側接続部１１２ａに対して着脱可能に設けられ、カラムカートリッジ１１０ａに収容された分離カラム１１５ａに移動相を供給する上流側配管１６０ａと、カラム設置位置１５０ａに設置された状態のカラムカートリッジ１１０ａの下流側接続部１１３ａに対して着脱可能に設けられ、カラムカートリッジ１１０ａに収容された分離カラム１１５ａを通過した試料（移動相）を送出する下流側配管１７０ａと、分析カラムを温調するカラムオーブン１５１ａとが配置されている。

【0025】

上流側配管１６０ａは、上流側配管１６０ａを軸方向に移動させてカラム設置位置１５０ａに設置された状態のカラムカートリッジ１１０ａの上流側接続部１１２ａに対して着脱させる上流側配管移動機構１６１ａを備えている。また、下流側配管１７０ａは、下流側配管１７０ａを軸方向に移動させてカラム設置位置１５０ａに設置された状態のカラムカートリッジ１１０ａに対して着脱させる下流側配管移動機構１７１ａを備えている。上流側配管移動機構１６１ａ及び下流側配管移動機構１７１ａは、例えば、制御装置１４０によって制御される電動モータ（ラック・アンド・ピニオンシステムなどを含む）などの電動アクチュエータである。

【0026】

また、クロマトグラフ１１０は、カラム設置位置１５０ａ、上流側配管１６０ａ及び下流側配管１７０ａを一体的に覆って内側と外側とを隔てるカバー１８０を備えている。カバー１８０には、カバー１８０を貫通し、カバー１８０の外側からカラム設置位置１５０ａへのカラムカートリッジ１１０ａの設置を許容する挿入孔１８１ａが設けられている。

【0027】

カラムカートリッジ１１０ａは、例えば、オペレータが取手１１４ａを把持した状態でカバー１８０の挿入孔１８１ａに挿入されることで、クロマトグラフ１１０のカラム設置位置１５０ａに対して配置される。カラムカートリッジ１１０ａのカラム設置位置１５０ａへの配置をセンサ等で検知した場合、或いは、設置完了を示す操作をオペレータが行うことで、上流側配管移動機構１６１ａ及び下流側配管移動機構１７１ａによって上流側配管１６０ａ及び下流側配管１７０ａがカラムカートリッジ１１０ａに接続され、カラムカートリッジ１１０ａのカラム設置位置１５０ａ（すなわち、クロマトグラフ１１０、）への設置が完了する。

【0028】

また、カラムカートリッジ１１０ａがカラム設置位置１５０ａ（すなわち、クロマトグラフ１１０）に設置されているとき、例えば、オペレータがカラムカートリッジ１１０ａの取り出し開始操作を行うことで、上流側配管移動機構１６１ａ及び下流側配管移動機構１７１ａによって上流側配管１６０ａ及び下流側配管１７０ａがカラムカートリッジ１１０ａから切り離される。そして、この状態で、例えば、オペレータが取手１１４ａを把持した状態でカラムカートリッジ１１０ａをカバー１８０の挿入孔１８１ａを介して抜き出すことで、カラムカートリッジ１１０ａはカラム設置位置１５０ａ（すなわち、クロマトグラフ１１０）から取り出される。

【0029】

なお、本実施の形態においては、挿入孔１８１ａが開放状態で構成される場合を例示して説明したが、これに限られない。例えば、挿入孔１８１ａを下方（内側）から覆い、かつ、下方に回動して挿入孔１８１ａから退避可能に設けた蓋部材を用意し、蓋部材をバネ等によって挿入孔１８１ａを覆う姿勢に保持するように構成しても良い。このように構成することで、カラム設置位置１５０ａにカラムカートリッジ１１０ａが設置されていない場合には、蓋部材が挿入孔１８１ａを覆うことで、挿入孔１８１ａを介して埃などがカバー１８０の内部に入ることや、カバー１８０の内部の構成に対するオペレータの接触を抑制することができる。また、蓋部材へのバネ等の付勢力に対して挿入孔１８１ａへのカラムカートリッジ１１０ａの挿入による力が大きくなることにより、カラムカートリッジ１１０ａの挿入孔１８１ａへの挿入に伴って蓋部材が挿入孔１８１ａを覆う位置から退避するので、カラムカートリッジ１１０ａのカラム設置位置１５０ａへの設置を妨げることがない。

【0030】

また、本実施の形態においては、カラムカートリッジ１１０ａの取手１１４ａをオペレータが把持して引き抜くことで、カラムカートリッジ１１０ａをカラム設置位置１５０ａからの取り出す場合を例示して説明したが、これに限られない。例えば、カラムカートリッジ１１０ａから上流側配管１６０ａ及び下流側配管１７０ａが分離された状態において、カバー１８０の外部に設けたボタンの押下操作によって、カラムカートリッジ１１０ａがカラム設置位置１５０ａから挿入孔１８１ａを介して上方に押し出されるように構成しても良い。

【0031】

また、本実施の形態においては、上流側配管移動機構１６１ａ及び下流側配管移動機構１７１ａが電動アクチュエータなどである場合を例示して説明したが、これに限られない。例えば、カバー１８０の外部に設けたレバーの傾倒操作やハンドルの回動操作などによって、上流側配管１６０ａ及び下流側配管１７０ａのカラムカートリッジ１１０ａへの着脱が行われるように上流側配管移動機構１６１ａ及び下流側配管移動機構１７１ａを構成しても良い。

【0032】

また、本実施の形態においては、カラム設置位置１５０ａに配置されたカラムカートリッジ１１０ａに対して上流側配管移動機構１６１ａ及び下流側配管移動機構１７１ａによって上流側配管１６０ａ及び下流側配管１７０ａが着脱される場合を例示して説明したが、これに限られない。例えば、上流側配管１６０ａを固定とし、カラムカートリッジ１１０ａがカラム設置位置１５０ａに配置されるのに伴ってカラムカートリッジ１１０ａと上流側配管１６０ａが接続されるように構成し、カラムカートリッジ１１０ａのカラム設置位置１５０ａへの設置後に、下流側配管移動機構１７１ａによってカラムカートリッジ１１０ａに下流側配管１７０ａが接続されるようにしても良い。上流側と下流側の構成を入れ替えても良い。また、カラムカートリッジ１１０ａのカラム設置位置１５０ａからの取り出しについても同様である。

【0033】

カラム設置位置１５０ａに対するカラムカートリッジ１１０ａの設置態様としては種々のものが考えられるが、例えば、上方に凸形状となるようにカラムオーブン１５１ａを形成し、底部（取手１１４ａと反対側の部分）にカラムオーブン１５１ａと係合する凹形状を形成したカラムカートリッジ１１０ａをカラム設置位置１５０ａに配置することで、カラムカートリッジ１１０ａがカラム設置位置１５０ａの所定の位置に精度良く配置される。また、カラムカートリッジ１１０ａとカラムオーブン１５１ａとがより密接するので、カラムカートリッジ１１０ａに収容された分離カラム１１５ａの温調をより精度良く行うことができる。

【0034】

他のカラムカートリッジ１１０ｂ～１１０ｃについても、同様のカラム設置位置の構成を有している。すなわち、各カラムカートリッジ１１０ａ～１１０ｃに係る流路は同一の構成からなり、また、並列に配置されている。カラムカートリッジ１１０ａ～１１０ｃにそれぞれ対応するカラム設置位置、上流側配管及び下流側配管は、内側と外側とを隔てるカバー１８０により一体的に覆われている。カバー１８０は、カバー１８０を貫通し、カバー１８０の外側から各カラムカートリッジ１１０ａ～１１０ｃに対応するカラム設置位置のそれぞれへのカラムカートリッジ１１０ａ～１１０ｃの設置を許容する複数の挿入孔を有している。

【0035】

以上のように構成した本実施の形態の効果を説明する。

【0036】

クロマトグラフのスループット向上を図る場合、分離カラムの着脱作業の簡易化が必要である。また、分離カラムの着脱に際しては、オペレータが配管内の流路に残る液体や、十分に冷却されていない分離カラム、分離カラムと配管とを接続させる機構などに接触することを抑制する必要がある。

【0037】

これに対して本実施の形態においては、固定相を内蔵した分離カラム１１５ａと、分離カラム１１５ａを収容し、予め定めたカラム設置位置１５０ａに対して着脱可能に設けられたカラムカートリッジ１１０ａと、カラム設置位置１５０ａに設置された状態のカラムカートリッジ１１０ａに対して着脱可能に設けられ、カラムカートリッジ１１０ａの分離カラム１１５ａに移動相を供給する上流側配管１６０ａと、カラム設置位置１５０ａに設置された状態のカラムカートリッジ１１０ａに対して着脱可能に設けられ、カラムカートリッジ１１０ａの分離カラム１１５ａを通過した移動相を送出する下流側配管１７０ａと、カラム設置位置１５０ａ、上流側配管１６０ａ及び下流側配管１７０ａを一体的に覆って内側と外側とを隔てるカバー１８０とを備え、カバー１８０は、カバー１８０を貫通し、カバー１８０の外側からカラム設置位置１５０ａへのカラムカートリッジ１１０ａの設置を許容する挿入孔１８１ａを有するように構成したので、オペレータの分離カラム関連構成への接触を抑制しつつ、分離カラムを容易に交換することができる。

【0038】

＜付記＞
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。

【符号の説明】

【0039】

１００…質量分析装置、１１０…クロマトグラフ、１１０ａ…カラムカートリッジ、１１０ｂ…カラムカートリッジ、１１０ｃ…カラムカートリッジ、１１１ａ…本体、１１２ａ…上流側接続部、１１３ａ…下流側接続部、１１４ａ…取手、１１５ａ…分離カラム、１２０…切換装置、１３０…検出器、１４０…制御装置、１５０ａ…カラム設置位置、１５１ａ…カラムオーブン、１６０ａ…上流側配管、１６１ａ…上流側配管移動機構、１７０ａ…下流側配管、１７１ａ…下流側配管移動機構、１８０…カバー、１８１ａ…挿入孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】